CN111128641B - 大尺寸小开口面积比的探测级微通道板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种大尺寸小开口面积比的探测级微通道板及其制备方法,微通道板的外观直径尺寸(D1)范围为50mm至200mm,有效探测直径为45mm至190mm;微通道板的孔间距(D3)与通道孔径(D2)的比值范围为1.5‑5,在该条件下的微通道板的开口面积比范围为3.6%至40%;其中,微通道板的输入面非通道位置具有二次电子发射能力,使微通道板在进行信号探测时碰撞在非通道位置时会产生二次电子,二次电子在电场的作用下再次进入微通道板通道,形成有效信号。本发明提出的微通道板在应用于探测领域时,在满足大的探测面积的同时,可以提高其机械强度;并且在同样的探测面积下,拥有更小的总表面积,气体吸附总量更少,微通道板噪声更小。

Description

大尺寸小开口面积比的探测级微通道板及其制备方法
技术领域
本发明涉及微通道板技术领域,具体而言涉及一种大尺寸小开口面积比的探测级微通道板及其制备。
背景技术
随着微通道板应用的拓展,现在微通道板逐渐应用于探测领域,如单光子探测、宇宙射线信号探测等仅需要探测信号强度,不需要对信号进行成像处理的领域。由于探测信号更加微弱、工作增益更高、暗信号来源复杂、工作环境苛刻等原因,探测领域对微通道板探测面积、噪声提出了较高要求。
微通道板的开口面积越小,其空心区域占比越小,相应的微通道板的机械强度会有所提高。
微通道板的噪声的主要来源是通道内壁吸附气体及通道内部外来污染源在电场作用下的电离或者电子碰撞作用下的发射。气体吸附总量是影响微通道板噪声的另一个重要因素。目前均难以控制以实现探测级的微通道板的有效制备。
发明内容
本发明目的在于提供一种大尺寸小开口面积比的探测级微通道板及其制备,在同样的探测面积下,拥有更小的总表面积,气体吸附总量更少,微通道板噪声更小。
本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现,从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。
为达成上述目的,本发明提出一种大尺寸小开口面积比的探测级微通道板,所述微通道板的外观直径尺寸(D1)范围为50mm至200mm,有效探测直径为45mm至190mm;
微通道板的孔间距(D3)与通道孔径(D2)的比值范围为1.5-5,在该条件下的微通道板的开口面积比范围为3.6%至40%。
其中,微通道板的输入面非通道位置具有二次电子发射能力,使微通道板在进行信号探测时碰撞在非通道位置时会产生二次电子,二次电子在电场的作用下再次进入微通道板通道,形成有效信号。
如此,微通道板的外观直径尺寸具有较大尺寸,适用于大面积探测领域;微通道板的孔间距与通道孔径具有较大的比值,以减小大尺寸微通道板的总表面积;微通道板的外观厚度与通道孔径有较为合适的比例,以在确保微通道板的电子增益的前提下保证微通道板的机械强度。
优选地,所述微通道板在其输入面非通道位置镀有均匀的金属氧化物膜层。
优选地,所述膜层为氧化镁膜层,膜层厚度为10~30nm。
根据本发明还提出一种大尺寸小开口面积比的探测级微通道板的制备方法,采用下述之一方法制备:
1)使用外径D4和内径D5比值在1.58至5.27的空心皮料玻璃管,配合相应尺寸实心芯料玻璃管制成;
2)采用在空心皮料玻璃管与芯料玻璃棒制成的混合玻璃丝中加入由实心皮料玻璃棒制成的皮料玻璃丝混合进行制备。
优选地,在第2)种制备方法中,使用的空心皮料玻璃管的外径与内径比值小于1.58。
优选地,在排丝过程中,空心皮料玻璃管与芯料玻璃棒制成的混合玻璃丝按照规则的六边形结构分布。
优选地,空心皮料玻璃管与芯料玻璃棒制成的混合玻璃丝与实心皮料玻璃棒制成的玻璃丝比例为1:(2~15)。
优选地,还包括在制备得到的微通道板的其输入面通过热蒸发的方式,在其输入面非通道位置蒸镀具有二次电子发射能力的氧化镁膜层。
优选地,所述膜层厚度为10nm~30nm。
应当理解,前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外,所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。
结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见,或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中,在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见,在每个图中,并非每个组成部分均被标记。现在,将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例,其中:
图1是根据本发明较优实施例的大尺寸小开口面积比的探测级微通道板的俯视图。
图2是根据本发明较优实施例的大尺寸小开口面积比的探测级微通道板的截面视图。
图3是根据本发明较优实施例的空心皮料玻璃管和芯料玻璃棒的示意图。
图4是根据本发明较优实施例的排丝过程中在空心皮料玻璃管与芯料玻璃棒制成的混合玻璃丝中加入由实心皮料玻璃棒制成的皮料玻璃丝示意图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容,特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面,附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解,上面介绍的多种构思和实施例,以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施,这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外,本发明公开的一些方面可以单独使用,或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
结合附图1-4所示的示例的一种大尺寸小开口面积比的探测级微通道板,所述微通道板的外观直径尺寸(D1)范围为50mm至200mm,有效探测直径为45mm至190mm;微通道板的孔间距(D3)与通道孔径(D2)的比值范围为1.5-5,在该条件下的微通道板的开口面积比范围为3.6%至40%。
其中,微通道板的输入面非通道位置具有二次电子发射能力,使微通道板在进行信号探测时碰撞在非通道位置时会产生二次电子,二次电子在电场的作用下再次进入微通道板通道,形成有效信号。
如此,微通道板的外观直径尺寸具有较大尺寸,适用于大面积探测领域;微通道板的孔间距与通道孔径具有较大的比值,以减小大尺寸微通道板的总表面积;微通道板的外观厚度与通道孔径有较为合适的比例,以在确保微通道板的电子增益的前提下保证微通道板的机械强度。
优选地,微通道板在其输入面非通道位置镀有均匀的金属氧化物膜层。
优选地,膜层为氧化镁膜层,膜层厚度为10~30nm。
根据本发明还提出一种大尺寸小开口面积比的探测级微通道板的制备方法,采用下述之一方法制备:
1)使用外径D4和内径D5比值在1.58至5.27的空心皮料玻璃管,配合相应尺寸实心芯料玻璃管制成;
2)采用在空心皮料玻璃管与芯料玻璃棒制成的混合玻璃丝中加入由实心皮料玻璃棒制成的皮料玻璃丝混合进行制备。
优选地,在第2)种制备方法中,使用的空心皮料玻璃管的外径与内径比值小于1.58。
优选地,在排丝过程中,空心皮料玻璃管与芯料玻璃棒制成的混合玻璃丝按照规则的六边形结构分布。
在具体的制备过程中,混合玻璃丝与皮料玻璃丝的比例依据最终需要实现的微通道板开口面积比、所使用的空心皮料玻璃管外径与内径的比值共同决定。优选地,空心皮料玻璃管与芯料玻璃棒制成的混合玻璃丝与实心皮料玻璃棒制成的玻璃丝比例为1:(2~15)。
优选地,还包括在制备得到的微通道板的其输入面通过热蒸发的方式,在其输入面非通道位置蒸镀具有二次电子发射能力的氧化镁膜层。优选地,膜层厚度为10nm~30nm,如此,使其输入面非通道位置会在受到电子撞击时,会产生二次电子,二次电子在电场的作用下可以再次进入微通道板通道,从而形成有效信号。
下面结合具体实施例进行具体说明。
具体实施例1:
一种外观直径尺寸D1为50mm,有效探测直径为45mm,微通道板的孔间距D3与通道孔径D2的比值为1.5,开口面积比40%,输入面非通道位置镀有厚度范围为10nm的氧化镁膜层的微通道板,通过测试,其探测率可以达到91%,在平行和垂直方向各进行6次半正弦波冲击,峰值加速度1600g,持续时间0.3ms±0.03ms的情况下无损坏,暗电流密度为5.1×10-12A/cm2。
其制作方法是:
制作方法1:选用外径D4为31.6mm,内径D5为20mm的(D4:D5=1.58)的空心皮料玻璃管,配合直径D6为20mm的实心芯料玻璃管通过拉单丝、排丝、拉复丝、排屏、压屏、外形加工、腐蚀、镀膜多步工序加工制成。
制作方法2:选用外径D4为31mm,内径D5为20mm的(D4:D5=1.54)的空心皮料玻璃管,配合直径D6为25mm的实心芯料玻璃管先制成直径为3mm的单丝,然后在排单丝的过程中按照图3(a)的方式在其中掺入由实心皮料玻璃棒制成的直径为0.464mm的细丝,其中空心皮料玻璃管与芯料玻璃棒制成的混合玻璃丝与实心皮料玻璃棒制成的玻璃丝比例为1:2。然后再继续进行拉复丝、排屏、压屏、外形加工、腐蚀、镀膜多步工序加工制成。
具体实施例2:
一种外观直径尺寸D1为81mm,有效探测直径为75mm,微通道板的孔间距D3与通道孔径D2的比值为2,开口面积比22.55%,输入面非通道位置镀有厚度范围为15nm的氧化镁膜层的微通道板,通过测试,其探测率可以达到67%,在平行和垂直方向各进行6次半正弦波冲击,峰值加速度1600g,持续时间0.3ms±0.03ms的情况下无损坏,暗电流密度为3.2×10-12A/cm2
其制作方法是:
制作方法1:选用外径D4为37.8mm,内径D5为18mm的(D4:D5=2.1)的空心皮料玻璃管,配合直径D6为18mm的实心芯料玻璃管通过拉单丝、排丝、拉复丝、排屏、压屏、外形加工、腐蚀、镀膜多步工序加工制成。
制作方法2:选用外径D4为36.6mm,内径D5为30mm的(D4:D5=1.22)的空心皮料玻璃管,配合直径D6为30mm的实心芯料玻璃管先制成直径为1mm的单丝,然后在排单丝的过程中按照图3(b)的方式在其中掺入由实心皮料玻璃棒制成的直径为1mm的细丝,其中空心皮料玻璃管与芯料玻璃棒制成的混合玻璃丝与实心皮料玻璃棒制成的玻璃丝比例为1:2。然后再继续进行拉复丝、排屏、压屏、外形加工、腐蚀、镀膜多步工序加工制成。
具体实施例3:
一种外观直径尺寸D1为120mm,有效探测直径为112mm,微通道板的孔间距D3与通道孔径D2的比值为2.5,开口面积比14.43%,输入面非通道位置镀有厚度范围为20nm的氧化镁膜层的微通道板,通过测试,其探测率可以达到57%,在平行和垂直方向各进行6次半正弦波冲击,峰值加速度1600g,持续时间0.3ms±0.03ms的情况下无损坏,暗电流密度为2.4×10-12A/cm2
其制作方法是:
制作方法1:选用外径D4为31.56mm,内径D5为12mm的(D4:D5=2.63)的空心皮料玻璃管,配合直径D6为12mm的实心芯料玻璃管通过拉单丝、排丝、拉复丝、排屏、压屏、外形加工、腐蚀、镀膜多步工序加工制成。
制作方法2:选用外径D4为33mm,内径D5为25mm的(D4:D5=1.32)的空心皮料玻璃管,配合直径D6为25mm的实心芯料玻璃管先制成直径为1mm的单丝,然后在排单丝的过程中按照图3(c)的方式在其中掺入由实心皮料玻璃棒制成的直径为1mm的细丝,其中空心皮料玻璃管与芯料玻璃棒制成的混合玻璃丝与实心皮料玻璃棒制成的玻璃丝比例为1:3。然后再继续进行拉复丝、排屏、压屏、外形加工、腐蚀、镀膜多步工序加工制成。
具体实施例4:
一种外观直径尺寸D1为160mm,有效探测直径为152mm,微通道板的孔间距D3与通道孔径D2的比值为3,开口面积比10%,输入面非通道位置镀有厚度范围为25nm的氧化镁膜层的微通道板,通过测试,其探测率可以达到53%,在平行和垂直方向各进行6次半正弦波冲击,峰值加速度1600g,持续时间0.3ms±0.03ms的情况下无损坏,暗电流密度为1.9×10-12A/cm2
其制作方法是:
制作方法1:选用外径D4为31.6mm,内径D5为10mm的(D4:D5=3.16)的空心皮料玻璃管,配合直径D6为10mm的实心芯料玻璃管通过拉单丝、排丝、拉复丝、排屏、压屏、外形加工、腐蚀、镀膜多步工序加工制成。
制作方法2:选用外径D4为34.8mm,内径D5为29mm的(D4:D5=1.2)的空心皮料玻璃管,配合直径D6为29mm的实心芯料玻璃管先制成直径为1mm的单丝,然后在排单丝的过程中按照图3(d)的方式在其中掺入由实心皮料玻璃棒制成的直径为1mm的细丝,其中空心皮料玻璃管与芯料玻璃棒制成的混合玻璃丝与实心皮料玻璃棒制成的玻璃丝比例为1:6。然后再继续进行拉复丝、排屏、压屏、外形加工、腐蚀、镀膜多步工序加工制成。
具体实施例5:
一种外观直径尺寸D1为200mm,有效探测直径为190mm,微通道板的孔间距D3与通道孔径D2的比值为1:5,开口面积比3.6%,输入面非通道位置镀有厚度范围为30nm的氧化镁膜层的微通道板,通过测试,其探测率可以达到39%,在平行和垂直方向各进行6次半正弦波冲击,峰值加速度1600g,持续时间0.3ms±0.03ms的情况下无损坏,暗电流密度为1.2×10-12A/cm2
其制作方法是:
制作方法1:选用外径D4为31.62mm,内径D5为6mm的(D4:D5=5.27)的空心皮料玻璃管,配合直径D6为6mm的实心芯料玻璃管通过拉单丝、排丝、拉复丝、排屏、压屏、外形加工、腐蚀、镀膜多步工序加工制成。
制作方法2:选用外径D4为33mm,内径D5为25mm的(D4:D5=1.32)的空心皮料玻璃管,配合直径D6为25mm的实心芯料玻璃管先制成直径为1mm的单丝,然后在排单丝的过程中按照图3(e)的方式在其中掺入由实心皮料玻璃棒制成的直径为1mm的细丝,其中空心皮料玻璃管与芯料玻璃棒制成的混合玻璃丝与实心皮料玻璃棒制成的玻璃丝比例为1:15。然后再继续进行拉复丝、排屏、压屏、外形加工、腐蚀、镀膜多步工序加工制成。
由此可见,本发明提出的大尺寸小开口面积比的探测级微通道板及其制作方法,其显著优点在于:
1)本发明提出的微通道板在应用于探测领域时,在满足大的探测面积的同时,可以提高其机械强度;
2)气体吸附总量是影响微通道板噪声的另一个重要因素。而其吸附总量与两个因素有关,其一是微通道板的总表面积,另一个是单位面积吸附气体的量。表面积的计算公式为:S=4·S0·P·L/d+2S0·(1-P)。公式中S0为微通道板的平面面积。P是开口面积比,L/d是长径比。由于探测型微通道板对探测面积的要求,其微通道板的平面面积较大,在满足探测型微通道板对探测面积要求的同时,仅能通过调整微通道板开口面积比和长径比,来减小微通道板的表面积。本发明提出的微通道板在同样的探测面积下,拥有更小的总表面积,气体吸附总量更少,微通道板噪声更小;
3)本发明可以依据对微通道板开口面积比的要求,采用合适的空心皮料玻璃管尺寸或者采用在空心皮料玻璃管与芯料玻璃棒制成的混合玻璃丝中加入由实心皮料玻璃棒制成的皮料玻璃丝混合两种制作方式。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作各种的更动与润饰。因此,本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (3)

1.一种大尺寸小开口面积比的探测级微通道板,其特征在于,所述微通道板的外观直径尺寸(D1)范围为50mm至200mm,有效探测直径为45mm至190mm;
微通道板的孔间距(D3)与通道孔径(D2)的比值范围为1.5-5,在该条件下的微通道板的开口面积比范围为3.6%至40%;
其中,微通道板的输入面非通道位置具有二次电子发射能力,使微通道板在进行信号探测时碰撞在非通道位置时会产生二次电子,二次电子在电场的作用下再次进入微通道板通道,形成有效信号。
2.根据权利要求1所述的大尺寸小开口面积比的探测级微通道板,其特征在于,所述微通道板在其输入面非通道位置镀有均匀的金属氧化物膜层。
3.根据权利要求2所述的大尺寸小开口面积比的探测级微通道板,其特征在于,所述膜层为氧化镁膜层,膜层厚度为10~30nm。
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